一種寬頻帶高隔離度雙極化天線及其輻射單元的制作方法

專利名稱：一種寬頻帶高隔離度雙極化天線及其輻射單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極化天線，特別涉及一種寬頻帶高隔離度雙極化天線及其輻射單元。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動通信的快速發(fā)展，通信系統(tǒng)必然會從2G、3G通信系統(tǒng)發(fā)展到4G通信系統(tǒng)，由于寬頻帶基站天線在通信系統(tǒng)的重要性，所以設(shè)計(jì)滿足LTE通信系統(tǒng)的寬頻帶基站天線成為最近的研究熱點(diǎn)。目前國內(nèi)外對寬頻帶基站天線的研究主要集中在基站天線的性能、成本、裝配等方面。為了提高通信系統(tǒng)的容量，一般采用極化分集技術(shù)，通過設(shè)計(jì)寬頻帶的雙極化天線來提高天線的工作效率。設(shè)計(jì)寬頻帶的雙極化天線難點(diǎn)之一在于在使每一個(gè)極化天線滿足工作特性的情況下控制兩個(gè)不同極化天線之間的相互影響，這就對天線的隔離度和交叉極化等指標(biāo)提出了要求。提高雙極化天線的隔離度主要是通過設(shè)計(jì)合理的饋電方式，來減小兩個(gè)饋電端口之間的電流影響，兩端口電流影響越小則天線的隔離度越大，在工程設(shè)計(jì)中一般使兩條饋線通過相互正交來提高隔離度。設(shè)計(jì)寬頻帶的雙極化天線另一個(gè)難點(diǎn)是不僅僅要求天線的阻抗匹配帶寬達(dá)到寬頻帶(例如1. 71-2. 69GHz)的要求，而且還要求天線的輻射特性在這個(gè)寬頻帶范圍內(nèi)也滿足要求。不同頻率的電長度會隨著頻率的改變而變化，在一個(gè)很寬的頻帶范圍內(nèi)，電長度的變化會很大，而天線最后的設(shè)計(jì)的物理尺寸是不變的。所以用一個(gè)不變的物理尺寸長度去設(shè)計(jì)滿足寬頻帶工作的天線很具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種輻射特性強(qiáng)、隔離度高及頻帶寬的雙極化天線福射單元。本發(fā)明的另一目的在于利用上述雙極化天線輻射單元得到一種寬頻帶高隔離度雙極化天線。本發(fā)明的第一個(gè)目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，包括反射板、第一饋電件、第二饋電件、第一輻射體、第二輻射體和四個(gè)支撐件，所述第一輻射體和第二輻射體均由對角的兩個(gè)輻射體組成；所述四個(gè)輻射體分別固定在四個(gè)支撐件上，所述四個(gè)支撐件固定在反射板上，所述第一饋電件和第二饋電件的頂部相互正交，并且有一個(gè)高度差，所述第一饋電件為第一輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，第二饋電件為第二輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，所述四個(gè)輻射體中間形成一個(gè)十字型的縫隙；所述每個(gè)輻射體面中間位置上設(shè)置有長度大于輻射體且朝輻射體外側(cè)邊緣方向的矩形枝節(jié)，所述每個(gè)輻射體外側(cè)邊緣均設(shè)置有枝節(jié)。優(yōu)選的，所述矩形枝節(jié)的長度超出輻射體的部分垂直向下彎曲；所述四個(gè)輻射體面上的矩形枝節(jié)相互正交；所述四個(gè)輻射體的結(jié)構(gòu)、形狀及大小均相同。
優(yōu)選的，所述輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)為弧形的，所述四個(gè)輻射體構(gòu)成圓形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)為矩形的，所述四個(gè)輻射體構(gòu)成方形結(jié)構(gòu)。toon] 優(yōu)選的，所述第一饋電件和第二饋電件均為“ r ”型的金屬饋電件。更進(jìn)一步的，所述四個(gè)支撐件為中間掏空金屬圓柱；所述的四個(gè)支撐件分別為第一支撐件、第二支撐件、第三支撐件和第四支撐件，所述四個(gè)支撐件分布在正方形的四個(gè)角上，其中第一支撐件和第三支撐件的位置是相對的，第二支撐件與第四支撐件的位置是相對；所述第一饋電件頂部穿過第一支撐件后與第三支撐件固定連接，所述第二饋電件頂部穿過第二支撐件后與第四支撐件固定連接；所述第一饋電件和第二饋電件底部分別與兩個(gè)SMA連接頭的中間探針連接，兩個(gè)SMA的外導(dǎo)體與反射板連接。更進(jìn)一步的，所述四個(gè)支撐件頂部有缺口，所述第一饋電件頂部穿過第一支撐件后通過焊接的方式連接在第三支撐件的缺口位置上，所述第二饋電件頂部穿過第二支撐件后通過焊接的方式連接在第四支撐件的缺口位置上。優(yōu)選的，所述四個(gè)支撐件通過焊接的方式彼此獨(dú)立固定在反射板上。本發(fā)明的第一個(gè)目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種寬頻帶高隔離度雙極化天線，包含有至少2個(gè)雙極化天線輻射單元化，多個(gè)雙極化輻射單元之間采用功分網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合饋電以形成天線陣列。優(yōu)選的，所述反射板邊緣安裝有內(nèi)層翻邊和外層翻邊。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)本發(fā)明的雙極化天線輻射單元的輻射體面上設(shè)置有矩形枝節(jié)，在輻射部分，由于電流主要分布在中間縫隙兩邊的輻射體邊緣面，分布在輻射體面的矩形枝節(jié)及輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)上的電流很少，因此輻射體面上的矩形枝節(jié)及輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)對輻射體輻射特性的影響很小。因此通過十字型縫隙的長度或?qū)挾鹊葏?shù)就可以很好的調(diào)節(jié)天線的輻射性能，使其達(dá)到所需要的輻射指標(biāo)。(2)本發(fā)明雙極化天線輻射單元在1. 71-2. 69GH的工作頻帶范圍內(nèi)存在兩個(gè)諧振點(diǎn)，第一個(gè)諧振點(diǎn)為低頻諧振點(diǎn)，是指每個(gè)雙極化天線輻射單元自己固有工作頻率對應(yīng)的諧振點(diǎn)，它和極化天線的電長度有關(guān)，主要是由天線本身的長度尺寸所決定，但是通過增加輻射體外側(cè)邊緣的弧形枝節(jié)與輻射體面中間位置的矩形枝節(jié)都有增大天線電長度的效果，從而改變這個(gè)極化天線的第一個(gè)諧振點(diǎn)；第二個(gè)諧振點(diǎn)為高頻諧振點(diǎn)，是由輻射單元每對極化天線的電感及感應(yīng)電容組合得到的諧振頻率，輻射體面上的矩形枝節(jié)及輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)充當(dāng)著電感及電容的作用，因此輻射體上增加的枝節(jié)使得本發(fā)明存在第二個(gè)諧振點(diǎn)；適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這兩個(gè)諧振頻率就能很容易得到所需要的阻抗匹配帶寬。又由于輻射體面上的矩形枝節(jié)及輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)對輻射特性的影響非常小，因此輻射體上增加的枝節(jié)對本發(fā)明雙極化天線的輻射特性幾乎沒有影響。(3)本發(fā)明雙極化天線輻射單元中的第一饋電件和第二饋電件相互正交，并且它們之間存在一個(gè)高度差，通過調(diào)節(jié)高度差可以很好的改善雙極化天線隔離度，本發(fā)明的雙極化天線隔離度在1. 71-2. 69GH的工作頻帶范圍內(nèi)能夠達(dá)到了 40dB以上。(5)本發(fā)明雙極化天線的反射 板上還設(shè)置有內(nèi)層翻邊和外層翻邊，天線反射板上存在著電流分布，通過在反射上增加翻邊可以改變反射板上電流的分布和電流的流向，對于天線陣列來說增加翻邊能夠很好的改善其交叉極化的指標(biāo)。通過調(diào)整內(nèi)層翻邊和外層翻邊的高度及它們之間的距離可以進(jìn)一步優(yōu)化天線的輻射特性。(6)本發(fā)明雙極化天線的輻射單元輻射體上的矩形枝節(jié)長度超出輻射體兩側(cè)邊緣的部分可以垂直向下彎曲，使得在天線性能不變的情況下減小了天線的尺寸。另外輻射體上的矩形枝節(jié)可以為幾節(jié)寬度不同的矩形組合二成，不同寬度的結(jié)構(gòu)具有的阻抗特性不一樣，多個(gè)寬度結(jié)合起來能夠更好的調(diào)節(jié)天線的阻抗匹配。


圖1是本發(fā)明雙極化天線輻射單元的支撐件結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明雙極化天線輻射單元輻射體的結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明雙極化天線輻射單元兩個(gè)饋電件的結(jié)構(gòu)。圖4是本發(fā)明雙極化天線輻射單元的側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明雙極化天線陣列俯視圖。圖6是本發(fā)明雙極化天線陣列側(cè)視圖。圖7是本發(fā)明雙極化天線的駐波比曲線圖。圖8是本發(fā)明雙極化天線的隔離度曲線圖。圖9是本發(fā)明雙極化天線的增益圖。圖10a、10b和IOc分別是本發(fā)明雙極化天線端口一在頻率為1. 7GHz、2. 2GHz和
2.7GHz時(shí)的水平面主極化和交叉極化的方向圖。圖11a、Ilb和Ilc是本發(fā)明雙極化天線端口二在頻率為1. 7GHz,2. 2GHz和2. 7GHz時(shí)的水平面主極化和交叉極化的方向圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1至4所示，本實(shí)施例一種寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，包括反射板
4、第一饋電件5、第二饋電件6、第一輻射體、第二輻射體和四個(gè)支撐件，四個(gè)支撐件為中間掏空且頂部有缺口的金屬圓柱。其中四個(gè)支撐件分別為第一支撐件la、第二支撐件lb、第三支撐件Ic和第四支撐件ld，所述四個(gè)支撐件分布在正方形的四個(gè)角上，其中第一支撐件Ia和第三支撐件Ic的位置是相對的，第二支撐件Ib與第四支撐件Id的位置是相對的。第一輻射體由對角的兩個(gè)輻射體11和13組成，第二輻射體由對角的兩個(gè)輻射體12和14組成；四個(gè)輻射體分別固定在四個(gè)支撐件上，四個(gè)支撐件通過焊接的方式彼此相互獨(dú)立固定在反射板4上。輻射體11固定在第一支撐件Ia上，輻射體12固定在第二支撐件Ib上，輻射體13固定在第三支撐件Ic上，輻射體14固定在第四支撐件Id上。第一饋電件5為第一輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，所述第二饋電件6為第二輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，其中第一饋電件和第二饋電件均為“ r ”型的金屬饋電件；第一饋電件5頂部穿過第一支撐件Ia后焊接在支撐件Ic的缺口位置上，第二饋電件6頂部穿過支撐件Ib后焊接在支撐件Id的缺口位置上；第一饋電件5和第二饋電件6的頂部相互正交，并且有一個(gè)高度差d。第一饋電件5和第二饋電件6分別與兩個(gè)SMA (SubMiniature version A,迷你A類接頭)5f和6f連接頭的中間探針連接，兩個(gè)SMA的外導(dǎo)體分別與反射板連接。同軸線傳輸?shù)男盘柾ㄟ^SMA接頭對金屬饋電進(jìn)行饋電，反饋的信號從饋電機(jī)的底部傳到頂部的輻射部分，再由福射部分福射出去。四個(gè)輻射體中間形成一個(gè)十字型的縫隙，四個(gè)輻射體中間位置上設(shè)置有長度大于輻射體且朝輻射體外側(cè)邊緣方向的矩形枝節(jié)3a、3b、3c和3d。其中長度超出輻射體的部分分垂直向下彎曲；四個(gè)輻射體的矩形枝節(jié)相互正交；四個(gè)輻射體的結(jié)構(gòu)、形狀及大小均相同。每個(gè)輻射體外側(cè)邊緣設(shè)置有弧形枝節(jié)2a、2b、2c和2d，四個(gè)輻射體構(gòu)成圓形結(jié)構(gòu)。若將每個(gè)輻射體外側(cè)邊緣的弧形結(jié)構(gòu)設(shè)置成矩形枝節(jié)，則本實(shí)施例的四個(gè)輻射體構(gòu)成的是一個(gè)方形結(jié)構(gòu)。如圖5和6所示，本實(shí)施例利用上述多個(gè)雙極化天線輻射單元組成雙極化天線陣列，多個(gè)雙極化輻射單元之間采用功分網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合饋電以形成天線陣列，天線陣列的反射板邊緣安裝有內(nèi)層翻邊7和外層翻邊8。如圖7所示為本實(shí)施例的雙極化天線輻射單元的電壓駐波比，其中虛線表示的是天線的端口一的電壓駐波比，實(shí)線表示的是天線的端口二的電壓駐波比，從圖中可以看出，本實(shí)施例天線在1. 71-2. 69GHz的工作頻帶范圍內(nèi)，電壓駐波比VSWR〈1. 5。其中本實(shí)施例端口一連接的是第一饋電件和第一輻射體，端口二連接的是第二饋電件和第二輻射體。如圖8所示為本實(shí)施例的雙極化天線輻射單元端口一和端口二之間的隔離度，在1. 71-2. 69GHz的工作頻帶范圍內(nèi)，本實(shí)施例天線的隔離度幾乎能夠達(dá)到了 40dB。如圖9所示為本實(shí)施例的雙極化天線輻射單元端口一的增益，由圖8可以看出，本實(shí)施例天線在1. 71-2. 69GHz的工作頻帶范圍內(nèi)，增益基本穩(wěn)定在9±0. 7dBi范圍內(nèi)。

如圖10和11分別為本實(shí)施雙極化天線輻射單元的端口一和端口二在不同的頻率上的水平面主極化和交叉極化的方向圖，本實(shí)施例雙極化天線在1. 71-2. 69GHz的工作頻帶范圍內(nèi)，半功率波束瓣寬度為65±4度，其中O度的交叉極化均在38dB以上，因此天線輻射單元上的兩個(gè)極化天線的相互影響很小。同一個(gè)極化天線的輻射方向圖很穩(wěn)定，在1.7GHz-2. 7GHz的頻點(diǎn)上，其輻射方向基本保持不變。從圖10和11得出，端口一和端口二在相同頻率下，其天線方向基本一致，因此可以很好的組合在一起形成雙極化天線。本實(shí)施例雙極化天線在1. 71-2. 69GH的工作頻帶范圍內(nèi)存在兩個(gè)諧振點(diǎn)，第一個(gè)諧振點(diǎn)為低頻諧振點(diǎn)，是指每個(gè)雙極化天線輻射單元自己固有工作頻率對應(yīng)的諧振點(diǎn)，它和天線的電長度有關(guān)，主要是由天線本身的長度尺寸所決定，但是通過增加輻射體外側(cè)邊緣的弧形枝節(jié)與輻射體面中間位置的矩形枝節(jié)都有增大天線電長度的效果，從而改變這個(gè)極化天線的第一個(gè)諧振點(diǎn)。第二個(gè)諧振點(diǎn)為高頻諧振點(diǎn)，是由輻射單元每對極化天線的電感及感應(yīng)電容組合得到，福射體面上的矩形枝節(jié)及福射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)充當(dāng)著電感及電容的作用，當(dāng)福射單元中其中一對天線饋電工作時(shí)，比如la、2a、3a和lc、2c、3c部分組成的天線由第一饋電件5饋電工作,其余不饋電的部分lb、2b、3b和ld、2d、3d相當(dāng)于一個(gè)電容加載在饋電工作的天線上面，而輻射體11和12外側(cè)邊緣的枝節(jié)2a和2c及面上的矩形枝節(jié)3a和3c相當(dāng)于一個(gè)電感，所加載等效的電容和電感組合在一起形成了一個(gè)新的諧振頻率，即第二諧振點(diǎn)。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這兩個(gè)諧振頻率就能很容易得到所需要的阻抗匹配帶寬。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本`發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種寬頻帶高隔離度雙極化天線福射單元，包括反射板、第一饋電件、第二饋電件、第一輻射體、第二輻射體和四個(gè)支撐件，所述第一輻射體和第二輻射體均由對角的兩個(gè)輻射體組成；所述四個(gè)輻射體分別固定在四個(gè)支撐件上，所述四個(gè)支撐件固定在反射板上，其特征在于所述第一饋電件和第二饋電件的頂部相互正交，并且有一個(gè)高度差，所述第一饋電件為第一輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，第二饋電件為第二輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，所述四個(gè)輻射體中間形成一個(gè)十字型的縫隙；所述每個(gè)輻射體面中間位置上設(shè)置有長度大于輻射體且朝輻射體外側(cè)邊緣方向的矩形枝節(jié)，所述每個(gè)輻射體外側(cè)邊緣均設(shè)置有枝節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中任一項(xiàng)所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述矩形枝節(jié)的長度超出輻射體的部分垂直向下彎曲；所述四個(gè)輻射體面上的矩形枝節(jié)相互正交；所述四個(gè)輻射體的結(jié)構(gòu)、形狀及大小均相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)為弧形的，所述四個(gè)輻射體構(gòu)成圓形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述輻射體外側(cè)邊緣的枝節(jié)為矩形的，所述四個(gè)輻射體構(gòu)成方形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述第一饋電件和第二饋電件均為“ r ”型的金屬饋電件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述四個(gè)支撐件為中間掏空金屬圓柱；所述的四個(gè)支撐件分別為第一支撐件、第二支撐件、第三支撐件和第四支撐件，所述四個(gè)支撐件分布在正方形的四個(gè)角上，其中第一支撐件和第三支撐件的位置是相對的，第二支撐件與第四支撐件的位置是相對；所述第一饋電件頂部穿過第一支撐件后與第三支撐件固定連接，所述第二饋電件頂部穿過第二支撐件后與第四支撐件固定連接；所述第一饋電件和第二饋電件底部分別與兩個(gè)SMA連接頭的中間探針連接，兩個(gè)SMA的外導(dǎo)體與反射板連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述四個(gè)支撐件頂部有缺口，所述第一饋電件頂部穿過第一支撐件后通過焊接的方式連接在第三支撐件的缺口位置上，所述第二饋電件頂部穿過第二支撐件后通過焊接的方式連接在第四支撐件的缺口位置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元，其特征在于，所述四個(gè)支撐件通過焊接的方式彼此獨(dú)立固定在反射板上。
9.一種基于權(quán)利要求1所述的寬頻帶高隔離度雙極化天線輻射單元的雙極化天線，其特征在于，包含有至少2個(gè)雙極化天線輻射單元化，多個(gè)雙極化輻射單元之間采用功分網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合饋電以形成天線陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙極化天線，其特征在于，所述反射板邊緣安裝有內(nèi)層翻邊和外層翻邊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬頻帶高隔離度雙極化天線及其輻射單元，輻射單元包括反射板、第一饋電件、第二饋電件、第一輻射體、第二輻射體和四個(gè)支撐件，第一輻射體和第二輻射體均由對角的兩個(gè)輻射體組成；四個(gè)輻射體分別固定在四個(gè)支撐件上，四個(gè)支撐件固定在反射板上，第一饋電件和第二饋電件的頂部相互正交，并且有一個(gè)高度差，第一饋電件為第一輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，第二饋電件為第二輻射體的饋電結(jié)構(gòu)，四個(gè)輻射體中間形成一個(gè)十字型的縫隙；每個(gè)輻射體面中間位置上設(shè)置有長度大于輻射體且朝輻射體外側(cè)邊緣方向的矩形枝節(jié)，每個(gè)輻射體外側(cè)邊緣均設(shè)置有枝節(jié)。本發(fā)明的雙極化天線輻射單元及其構(gòu)成的天線陣列具有隔離度高、輻射特性強(qiáng)、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01Q1/52GK103066376SQ201210559968
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者褚慶昕, 郭興鑫 申請人:華南理工大學(xué)